研究課題
基盤研究(C)
いもち病菌感染変異イネを光条件下に保つとオーキシン生合成に関与するトリプタミン(Try)経路の初期酵素であるトリプトファン脱炭酸酵素(TDC)及びモノアミン酸化酵素(MAO)の高い活性が認められた。しかし、暗黒条件下のイネではTDC活性はほとんど検出されなかった。両酵素活性は光照射下ではいもち病菌の感染初期である接種9hr後から増加し始めた。また、これらの光依存的増加は、いもち病菌毒素を処理した変異イネにおいても観察され、その結果Try蓄積と関口病斑形成を誘導した。Try処理による関口病斑形成はMAOの阻害剤メタラキシル又はセミカーバザイド存在下では著しく阻害された。MAOの特異的基質β-フェニルエチルアミンを処理した関口朝日では光依存的に関口病斑が形成されたが、基質にならないインドール3プロピニオン酸及び(±)-フェニルエチルアミン処理葉では光照射下でさえ病斑は形成されなかった。さらに、Tryによる関口病斑形成は過酸化水素の消去剤(アスコルビン酸やカタラーゼ)により阻害されたが、O_2^-の消去剤SODでは阻害されなかった。過酸化水素は関口病斑を光依存的に誘導したがアスコルビン酸存在下では光照射下でさえ阻害された。多くの植物防御系では原形質膜に局在するNADPHオキシダーゼが酸素種生成に関与していることがよく知られている。しかし、Tryによる光依存的関口病斑の誘導はNADPHオキシダーゼの阻害剤であるdiphenylene iodoniumの存在下でも阻害されなかった。いもち病菌を接種した関口朝日を光照射下に保つとDNAの断片化やDNase活性の増加が観察されたが、タンパク合成阻害剤であるシクロヘキシミド又は熱処理により関口病斑形成、トリプタミン蓄積あるいはトリプタミン関連酵素(TDC及びMAO)活性を著しく抑制したイネ葉ではそれらも観察されなくなった。また、Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-nic end labeling (TUNEL)法や電気泳動法により核のDNA崩壊やDNase活性の増加も光依存的に起こっていた。しかし、シクロヘキシミド又は熱処理によりトリプタミン経路を抑制すると、DNAの崩壊や断片化あるいはDNase活性も抑制された。以上の結果より、1)関口系変異イネにはトリプタミン経路が存在し、その活性化には長波長域の可視光が必要である。2)トリプタミン経路の活性化により合成されたトリプタミンは、MAOにより酸化されH_2O_2が生成されるが、可視光下ではカタラーゼによる消去が行われないためにその蓄積が起こる。3)蓄積したH_2O_2はイネ細胞にアポトーシス反応を伴った細胞死を誘導するが、この細胞死は半活物寄生菌であるイネいもち病菌とイネ細胞の初期共生関係の成立を阻害するためにイネいもち病菌感染は不成立に終わると考えられた。
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